在特定的流動(dòng)條件下，一部分流體動(dòng)能被轉(zhuǎn)換成流體振動(dòng)，以其振動(dòng)頻率和流速(流量)有比例關(guān)系的原理工作的流量計(jì)被稱(chēng)為流體振動(dòng)流量計(jì)。 現(xiàn)在，流體振動(dòng)流量計(jì)有渦流路流量計(jì)、回轉(zhuǎn)(渦流動(dòng))流量計(jì)和噴射流量計(jì)3種。 渦街流量計(jì)具有以下特點(diǎn)

①輸出為脈沖頻率，其頻率與被測(cè)量流體的實(shí)際體積流量成正比，不受流體成分、密度、壓力、溫度的影響

②測(cè)量范圍廣，一般范圍度可達(dá)10:1以上；

③度為中等程度

在特定的流動(dòng)條件下，一部分流體動(dòng)能被轉(zhuǎn)換成流體振動(dòng)，以其振動(dòng)頻率和流速(流量)有比例關(guān)系的原理工作的流量計(jì)被稱(chēng)為流體振動(dòng)流量計(jì)。 現(xiàn)在，流體振動(dòng)流量計(jì)有渦流路流量計(jì)、回轉(zhuǎn)(渦流動(dòng))流量計(jì)和噴射流量計(jì)3種。 渦街流量計(jì)具有以下特點(diǎn)

①輸出為脈沖頻率，其頻率與被測(cè)量流體的實(shí)際體積流量成正比，不受流體成分、密度、壓力、溫度的影響

②測(cè)量范圍廣，一般范圍度可達(dá)10:1以上；

③度為中等程度

④無(wú)可動(dòng)部件，可靠性高

⑤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，安裝方便，維護(hù)費(fèi)用低；

⑥應(yīng)用范圍廣，適用液體、氣體、蒸汽。

渦流道流量計(jì)的工作原理

在流體中設(shè)置渦流發(fā)生器(阻力流體)，從渦流發(fā)生器的兩側(cè)交替產(chǎn)生規(guī)則的渦流，將該渦流稱(chēng)為卡爾曼渦街(參照?qǐng)D1 )，渦流排列在渦流發(fā)生器的下游不對(duì)稱(chēng)。 根據(jù)卡爾曼渦原理，有以下關(guān)系式

　　

(1)

　　

(2)

式中，m是渦流發(fā)生器兩側(cè)的弓形面積與管截面面積之比，d是身體的通徑，d是渦流發(fā)生器的正面寬度，f是渦流的發(fā)生頻度，U1是渦流發(fā)生器兩側(cè)的平均流速，Sr是斯特羅哈爾的數(shù)量，u是被測(cè)定介質(zhì)的流動(dòng)的平均速度。

　　

圖1卡爾曼渦街

配管內(nèi)體積流量qv為

　　

(3)

　　

(4)

式中，k是流量計(jì)的儀表系數(shù)，單位是脈沖數(shù)/m3。

k除與渦流發(fā)生器、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特羅哈爾數(shù)有關(guān)。 斯特羅哈爾數(shù)是無(wú)量綱參數(shù)，與渦流發(fā)生器的形狀和雷諾數(shù)有關(guān)，圖2是圓柱狀渦流發(fā)生器的斯特羅哈爾數(shù)和管道噴嘴數(shù)的關(guān)系圖。 由圖2可知，ReD=2×時(shí)為104~7×； 在106的范圍內(nèi)，可將Sr視為常數(shù)，其為計(jì)量器的正常操作范圍。 測(cè)量氣體流量時(shí)，渦街流量計(jì)的流量計(jì)公式

　　

(5)式中，qVn、qV分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)( 0℃或20℃、101.325kPa )和情況下的體積流量Pn、p分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和情況下的壓力Tn、t分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和情況下的熱力學(xué)溫度Zn、z分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和情況下的氣體壓縮系數(shù)。

　　

圖2斯特羅哈爾數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線

由式(4)可知，從渦流流量計(jì)輸出的脈沖頻率信號(hào)不受流體物性和成分變化的影響，即儀表系數(shù)在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)只與渦流發(fā)生器和管道的形狀尺寸等有關(guān)。 但是必須用材料平衡和能量計(jì)量來(lái)測(cè)量質(zhì)量流量。 此時(shí)，流量計(jì)必須同時(shí)監(jiān)測(cè)體積流量和流體密度。 流體物性和成分對(duì)流量計(jì)量有直接影響。

如圖3所示，渦流流量計(jì)由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分構(gòu)成。 傳感器包括渦流發(fā)生器(電阻流體)、檢測(cè)元件、儀表等的轉(zhuǎn)換器包括前置放大器、濾波器整形電路、DAC、輸出接口電路、端子、支架、屏蔽等。 近年來(lái)，智能式流量計(jì)還將微處理器、顯示器通信、其他功能模塊內(nèi)置于轉(zhuǎn)換器中。

　　

圖3渦流路流量計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

1在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

應(yīng)用于渦街流量計(jì)的流體相對(duì)較寬但具有較低雷諾數(shù)( ReD&le； 2×； 104 )流體。 這是因?yàn)?，在雷諾數(shù)較低的情況下，光柵數(shù)與雷諾數(shù)相應(yīng)地變化，儀表的線性變差。 同時(shí)，含有固體微粒子的流體沖洗渦流發(fā)生體時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪音，其中所含的短纖維纏繞在渦流發(fā)生體上時(shí)儀表系數(shù)會(huì)發(fā)生變化。

渦流道流量計(jì)在混相流體中的應(yīng)用如下

①可用于含有分散、均勻的微小氣泡，但容積氣體含有率為7 % ~不足10 %的氣體、液兩相流，容積氣體含有率超過(guò)2%時(shí)，請(qǐng)修正儀表系數(shù)。

②含有分散均勻的固體微粒，可用于含量在2%以下的氣固、液固二相流。

③可用于互不溶解的液體(如油和水)的兩組分流等。

脈動(dòng)流和旋流對(duì)渦流流流量計(jì)有嚴(yán)重影響。 脈動(dòng)頻率與渦街的頻帶一致時(shí)會(huì)引起共振，破壞正常的工作和設(shè)備，使渦街的信號(hào)&ldquo； 鎖定( Lock-in)&rdquo； 現(xiàn)象是，此時(shí)信號(hào)被固定為某個(gè)頻率。 &ldquo； 洛克&rdquo； 與脈動(dòng)振幅、渦流發(fā)生體的形狀、堵塞比等有關(guān)。

渦街流量計(jì)的度對(duì)液體基本±； 0.5%R~±； 2%R期間，對(duì)氣體±； l%R~±； 在2%R間，再現(xiàn)性通常為0.2%~0.5% . 渦流流量計(jì)的儀表系數(shù)低，頻率分辨率低，口徑越大精度越低，因此儀表口徑不要過(guò)大( DN300以下)。

范圍寬度是渦流流量計(jì)的特征，但重要的一點(diǎn)是范圍下限的流量值。 一般液體平均流速的下限為0.5m/s，氣體為4~5m/s . 渦流路流量計(jì)正常流量zui優(yōu)選為正常測(cè)量范圍的1/2~2/3處.

渦街流量計(jì)zui的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是儀表系數(shù)可以從一個(gè)典型的介質(zhì)推廣到另一個(gè)介質(zhì)而不受測(cè)量介質(zhì)的物理性能影響。 但是，由于液體、氣體的流速范圍大不相同，頻率范圍也大不相同。 在處理螺旋信號(hào)的放大器電路中，濾波器的通帶不同，電路參數(shù)也不同，因此不能將相同的電路參數(shù)用于不同介質(zhì)的測(cè)量。

另外，由于氣體與液體密度的差異較大，渦流分離時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度與密度成正比，因此信號(hào)強(qiáng)度的差異也較大。 液晶、氣體放大器電路的增益、觸發(fā)靈敏度等不同，壓電電荷差異較大，電荷放大器的參數(shù)也不同。 即使是相同的氣體(或液體、蒸汽)，根據(jù)介質(zhì)的壓力、溫度、密度不同，使用的流量范圍也不同，信號(hào)強(qiáng)度也不同，回路參數(shù)也不同。 因此，渦流流量計(jì)沒(méi)有被硬件和軟件修正，不能改變使用介質(zhì)，也不能改變儀表的口徑。

2設(shè)置注意事項(xiàng)

渦流路流量計(jì)是對(duì)配管流速分布的變形、回旋流、流動(dòng)脈動(dòng)等敏感的流量計(jì)，因此，請(qǐng)充分重視現(xiàn)場(chǎng)的配管設(shè)置條件，嚴(yán)格遵循使用說(shuō)明書(shū)。

渦街流量計(jì)可安裝在室內(nèi)或室外。 在地下井中安裝時(shí)，為了防止被水淹，應(yīng)選擇唾液型傳感器。 傳感器可以水平、垂直或傾斜地安裝在配管上，但為了在測(cè)量液體和氣體時(shí)防止氣泡和液滴干涉，請(qǐng)注意安裝位置(參照?qǐng)D4 )。

　　

圖4安裝測(cè)量含有液體和氣體的液體的流量計(jì)

渦流流流量計(jì)必須確保上下直管段所需的長(zhǎng)度(參照?qǐng)D5 )。

　　

0

圖5渦流道流量計(jì)上下游直管段長(zhǎng)度的要求

在圖5中，a是90°； 彎管，b為同心擴(kuò)管，c為同心收縮全開(kāi)閥，d為不同平面兩個(gè)90°； 彎管，e為調(diào)節(jié)閥半開(kāi)閥，f為同一平面上的兩個(gè)90°； 彎管接頭。

傳感器與配管的連接如圖6所示，與配管連接時(shí)請(qǐng)注意以下幾點(diǎn)。

　　

圖6傳感器與配管的連接

①上下游配管內(nèi)徑d和傳感器內(nèi)徑D&rsquo； 同樣，其差異滿足以下條件:0.95D&le； D&rsquo； &le； 1.1D；

②配管與傳感器同心，同軸度必須小于0.05D&rsquo

③密封墊片無(wú)法向配管內(nèi)突出，其內(nèi)徑比傳感器內(nèi)徑大1~2mm

④需要切斷檢查和清洗傳感器時(shí)，請(qǐng)?jiān)O(shè)置旁通配管(參照?qǐng)D7 )

　　

圖7旁通配管圖

⑤減小振動(dòng)對(duì)渦流流量計(jì)的影響，作為渦流流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的一大問(wèn)題值得關(guān)注。 首先，在選定傳感器的設(shè)置場(chǎng)所時(shí)，要注意避開(kāi)振動(dòng)源，然后用彈性軟管進(jìn)行連接是小口徑的第三，后續(xù)安裝配管支撐物是有效的減振方法。

電氣安裝時(shí)，請(qǐng)用屏蔽電纜或低噪聲電纜連接傳感器與轉(zhuǎn)換器之間，注意其距離不要超過(guò)使用說(shuō)明書(shū)的規(guī)定。 請(qǐng)遠(yuǎn)離強(qiáng)大的電源線進(jìn)行接線，盡量用單獨(dú)的金屬套管進(jìn)行保護(hù)。 &ldquo； 稍微接地&rdquo； 原則上，接地電阻應(yīng)小于10&Omega。 一體型和分離型在傳感器側(cè)接地，轉(zhuǎn)換器外殼的接地點(diǎn)為傳感器&ldquo； 同地&rdquo； 的雙曲馀弦值。

3現(xiàn)場(chǎng)常見(jiàn)故障現(xiàn)象、原因及排除方法

渦流流量計(jì)有各種檢測(cè)方式，傳感器和測(cè)量電路的差異也很大，但渦流流量計(jì)常見(jiàn)的故障有共通性(參照表1 )。

　　

表1渦流道流量計(jì)的故障及其處理方法

結(jié)語(yǔ)

在許多流量計(jì)中，渦流流量計(jì)的購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用低于質(zhì)量式、電磁式、容積式等類(lèi)型，安裝、運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用低于節(jié)流式、容積式、渦輪式等類(lèi)型，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的流量計(jì)。 渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，安裝維護(hù)方便，尤其適用于冶煉廠、化工廠、管線等工業(yè)廠房。

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